Органический углерод. Углеводороды (нефтепродукты)

Органическое вещество имеет аллохтонное и автохтонное происхождение. Последнее свойственно богатым жизнью озерам, особенно подверженным антропогенному эвтрофированию.

 Основной источник автохтонного органического вещества – фотосинтез высшей водной растительности и водоросли. В других водоемах высшая водная растительность может играть основную роль в образовании органического вещества. Значительная часть органического вещества и энергии, накопленных в процессе деятельности растительных организмов, передается на следующие трофические уровни по сложной пищевой цепи, основу которой составляет связь хищник – жертва. Растительные и животные организмы (живые, и мертвые) являются постоянным источником органического вещества, поскольку в озере происходит экскреция живых клеток и окислительные бактериальные процессы разложения мертвых клеток. Часть общей первичной продукции планктонных водорослей выделяется в водную среду в форме растворенных органических веществ и может служить источником углерода и энергии для водных организмов.

Исследования показали, что в периоды резкого возрастания концентрации растворенных органических веществ только 2–9 % его содержания пополняется за счет экскреции живых клеток фитопланктона, а максимальные величины (до 58 %) получены в августе – сентябре за счет крупных молекул продуктов распада протеинов. В животном материале преобладают протеины. Так, мышцы животных содержат до 80 % белков, а ткани растений – всего 2–15 %. Белковые вещества, протеины и протеиды поступают в воду главным образом в результате автолиза и лизиса клеток отмерших организмов. Белки в дальнейшем расщепляются с образованием пептидов и свободных аминокислот.

На формирование состава аллахтонного органического вещества существенное влияние оказывают органические соединения почв, многие из которых хорошо растворяются в воде. Почвенный гумус составляет 85–90 % органического вещества почв. Высокая цветность воды озер в значительной степени определяется присутствием темноокрашенных гуминовых веществ болотного происхождения, наиболее устойчивых к разрушению.

Другой и наиболее важный источник поступления растворенных органических веществ – разложение мертвого фитопланктона. В результате разложения водорослевого детрита выделяется в 2–6 раз больше растворенного органического вещества, чем в результате экскреции живых клеток. В экспериментальных условиях было показано, что выделенный макрофитами органический углерод составляет 50–65 % от усвоенного в процессе фотосинтеза углерода

По Д. Хатчинсону (1969), в озерной воде могут находиться две категории растворенного органического вещества. Автохтонное органическое вещество, содержащее около 24 % сырого протеина. Аллахтонное органическое вещество с содержанием сырого протеина около 6 %. К этой категории он относит большую часть органического вещества, образуемого высшей водной растительностью.

Общее содержание органического вещества характеризуется величиной окисляемости, а соотношение бихроматной и перманганатной окисляемости дает представление об автохтонной его составляющей. Величина окисляемости увеличивается во время «цветения» и весной за счет приноса аллахтонного органического вещества с водосбора.

Общее содержание органического вещества в воде условно выражается величиной окисляемости, т. е. количеством кислорода, необходимого для окисления органического вещества в определенном объеме воды (мгО2/л). При этом учитывается как автохтонное, так и автохтонное органическое вещество.

Показатели содержания органического вещества в воде во многих случаях согласуются с величиной прозрачности воды. Последняя также имеет значение типологического показателя.

Характер динамики органики в водоеме свидетельствует о благоприятных условиях разложения органики и высоком самоочистительном потенциале лимносистемы. К зимней стагнации в озере разлагается практически вся органика, образовавшаяся за вегетационный период. Этому способствует высокое содержание растворенного кислорода. Кроме того, при достаточном количестве питательных веществ – фосфора и азота, бактерии могут обеспечивать высокую скорость процессов минерализации в аэробной среде. В то же время в экосистеме отмечается тенденция к увеличению концентрации органического вещества и усиления процесса эвтрофирования.

Органический углерод

Органический углерод является наиболее надежным показателем суммарного содержания органических веществ в природных водах, на него приходится в среднем около 50 % массы органических веществ.

Состав и содержание органических веществ в природных водах определяется совокупностью многих различных по своей природе и скорости процессов: посмертных и прижизненных выделений гидробионтов; поступления с атмосферными осадками, с поверхностным стоком в результате взаимодействия атмосферных вод с почвами и растительным покровом на поверхности водосбора; поступления из других водных объектов, из болот, торфяников; поступления с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами.

Концентрация органического углерода подвержена сезонным колебаниям, характер которых определяется гидрологическим режимом водных объектов и связанными с ним сезонными вариациями химического состава, временными изменениями интенсивности биологических процессов. В придонных слоях водоемов и поверхностной пленке содержание органического углерода может значительно отличаться от его содержания в остальной массе воды.

Органические вещества находятся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях, образующих некоторую динамическую систему, в общем неравновесную, в которой под воздействием физических, химических и биологических факторов непрерывно осуществляются переходы из одного состояния в другое.

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Понятие "нефтепродуктов" в гидрохимии условно ограничивается только углеводородной фракцией (алифатические, ароматические, алициклические углеводороды).

Некоторые количества углеводородов поступают в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными организмами, а также их посмертного разложения.

Неблагоприятное воздействие нефтепродуктов сказывается различными способами на организм человека, животный мир, водную растительность, физическое, химическое и биологическое состояние водоема. Нефтепродукты обволакивают оперение птиц, поверхность тела и органы других гидробионтов, вызывая заболевания и гибель.

Отрицательное влияние нефтепродуктов, особенно в концентрациях 0.001-10 мг/дм³, и присутствие их в виде пленки сказывается и на развитии высшей водной растительности и микрофитов.

Метан

Метан принадлежит к газам биохимического происхождения. Основным источником его образования служат дисперсные органические вещества в породах. В чистом виде он иногда присутствует в болотах, образуясь при гниении болотной растительности. Этот газ в природных водах находится в молекулярно-дисперсном состоянии и не вступает с водой в химическое взаимодействие

Бензол

Бензол представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом.

Бензол поступает в поверхностные воды с предприятий и производств основного органического синтеза, нефтехимической, химико-фармацевтической промышленности, при производстве пластмасс, взрывчатых веществ, ионнообменных смол, лаков и красок, искусственных кож, а также со сточными водами мебельных фабрик. В стоках коксохимических заводов бензол содержится в концентрациях 100-160 мг/дм³, в сточных водах производства капролактама — 100 мг/дм³, производства изопропилбензола — до 20000 мг/дм³. Источником загрязнения акваторий может быть транспортный флот (применяется в моторном топливе для повышения октанового числа). Бензол используется также в качестве ПАВ.

При многократных воздействиях низких концентраций бензола наблюдаются изменения в крови и кроветворных органах, поражения ЦНС и периферической нервной системы, желудочно-кишечного тракта. Бензол классифицирован, как сильно подозреваемый канцероген. Основным метаболитом бензола является фенол. Бензол оказывает токсическое действие на гидробионты

Фенолы

Фенолы представляют собой производные бензола с одной или нескольким гидроксильными группами. Их принято делить на две группы - летучие с паром фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы, гваякол, тимол) и нелетучие фенолы (резорцин, пирокатехин, гидрохинон, пирогаллол и другие многоатомные фенолы).

Фенолы в естественных условиях образуются в процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях.

Фенолы являются одним из наиболее распространенных загрязнений, поступающих в поверхностные воды со стоками предприятий нефтеперерабатывающей, сланцеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочной промышленности и др. В сточных водах этих предприятий содержание фенолов может превосходить 10-20 г/дм³ при весьма разнообразных сочетаниях.

В поверхностных водах фенолы могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят-ионов и свободных фенолов. Фенолы в водах могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В условиях природных водоемов процессы адсорбции фенолов донными отложениями и взвесями играют незначительную роль.

Концентрация фенолов в поверхностных водах подвержена сезонным изменениям. В летний период содержание фенолов падает (с ростом температуры увеличивается скорость распада).

Спуск в водоемы и водотоки фенольных вод резко ухудшает их общее санитарное состояние, оказывая влияние на живые организмы не только своей токсичностью, но и значительным изменением режима биогенных элементов и растворенных газов (кислорода, углекислого газа).

В результате хлорирования воды, содержащей фенолы, образуются устойчивые соединения хлорфенолов, малейшие следы которых (0.1 мкг/дм ³) придают воде характерный привкус.

В токсикологическом и органолептическом отношении фенолы неравноценны. Летучие с паром фенолы более токсичны и обладают более интенсивным запахом при хлорировании

Гидрохинон

В поверхностные воды гидрохинон попадает со сточными водами производства пластмасс, кинофотоматериалов, красителей, предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Гидрохинон является сильным восстановителем. Как и фенол, он обладает слабым дезинфицирующим действием. Дафнии погибают при 0.3 мг/дм³; 0.04 мг/дм³ вызывает гибель икры форели.

Спирты

Метанол

Попадает в водоемы со сточными водами производств получения и применения метанола. В сточных водах предприятий целлюлозно-бумажной промышленности содержится 4.5 - 58 г/дм³ метанола, производств фенолоформальдегидных смол 20-25 г/дм³, лаков и красок 2 г/дм³, синтетических волокон и пластмасс — до 600 мг/дм³, в сточных водах генераторных станций на буром, каменном угле, торфе, древесине — до 5 г/дм³.

При попадании в воду метанол снижает содержание в ней О₂ (вследствие окисления метанола).

Этиленгликоль попадает в поверхностные воды со сточными водами производств, где он получается или применяется (текстильная, фармацевтическая, парфюмерная, табачная, целлюлозно-бумажная промышленность).

Токсическая концентрация для рыб составляет не более 10 мг/дм³, для кишечной палочки - 0.25 мг/дм³.

При попадании в желудок этиленгликоль очень токсичен, действуя главным образом на ЦНС и почки, а также вызывая гемолиз эритроцитов. Токсичны и метаболиты этиленгликоля — альдегиды и щавелевая кислота, обусловливающая образование и накопление в почках оксалатов кальция [7].

Органические кислоты

Органические кислоты относятся к числу наиболее распространенных компонентов природных вод различного происхождения и нередко составляют значительную часть всего органического вещества в этих водах. Состав органических кислот и их концентрация определяются, с одной стороны, внутриводоемными процессами, связанными с жизнедеятельностью водорослей, бактерий и животных организмов, с другой - поступлением этих веществ извне.

Органические кислоты образуются за счет следующих внутриводоемных процессов:

1. прижизненных выделений в результате нормальных физиологических процессов здоровых клеток;

2. посмертных выделений, связанных с отмиранием и распадом клеток;

3. выделений сообществами, связанных с биохимическим взаимодействием различных организмов, например водорослей и бактерий;

4. ферментативного разложения высокомолекулярных органических веществ типа углеводородов, протеинов и липидов.

Летучие кислоты - сумму концентраций муравьиной и уксусной кислот

Муравьиная кислота

В природных водах в небольших количествах муравьиная кислота образуется в процессах жизнедеятельности и посмертного разложения водных организмов и биохимической трансформации содержащихся в воде органических веществ. Ее концентрация связана с поступлением в водные объекты сточных вод предприятий, производящих формальдегид и пластические массы на его основе.

Муравьиная кислота мигрирует главным образом в растворенном состоянии, в виде ионов и недиссоциированных молекул, количественное соотношение между которыми определяется константой ионизации К_25°С = 2.4^.10^-4 и значениями рН. При поступлении муравьиной кислоты в водные объекты она разрушается главным образом под влиянием биохимических процессов.

Уксусная кислота

Пропионовая кислота

Пропионовая кислота может поступать в природные воды со стоками химической промышленности.

Пропионовая кислота способна ухудшать органолептические свойства воды, придавая ей запах и кисловато-вяжущий привкус. Наиболее существенным для пропионовой кислоты является неблагоприятное влияние на санитарный режим водоемов и в первую очередь на процессы БПК и кислородный режим.

Масляная кислота

Молочная кислота

В природных водах молочная кислота в микрограммовых концентрациях присутствует в результате образования в процессах жизнедеятельности и посмертного разложения водных организмов и биохимической трансформации содержащихся в воде органических веществ.

Концентрация молочной кислоты подвержена заметным сезонным изменениям, что определяется главным образом интенсивностью биохимических процессов, протекающих в воде.

Бензойная кислота

В незагрязненных природных водах бензойная кислота в небольших количествах образуется в процессах жизнедеятельности водных организмов и их посмертного разложения. Основным источником поступления больших количеств бензойной кислоты в водоемы являются стоки промышленных предприятий, так как бензойная кислота и различные ее производные широко используются при консервировании пищевых продуктов, в парфюмерной промышленности, для синтеза красителей и т.д.

Гумусовые кислоты

Гуминовые и фульвокислоты, объединяемые под названием гумусовые кислоты, нередко составляют значительную долю органического вещества природных вод и представляют собой сложные смеси биохимически устойчивых высокомолекулярных соединений.

Главным источником поступления гумусовых кислот в природные воды являются почвы и торфяники, из которых они вымываются дождевыми и болотными водами. Значительная часть гумусовых кислот вносится в водоемы вместе с пылью и образуется непосредственно в водоеме в процессе трансформации "живого органического вещества".

Гумусовые кислоты в поверхностных водах находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях, соотношения между которыми определяются химическим составом вод, рН раствора, биологической ситуацией в водоеме и другими факторами.

Гуминовые кислоты

Гуминовые кислоты содержат циклические структуры и различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.).

Фульвокислоты

Фульвокислоты являются частью гумусовых кислот, не осаждающихся при нейтрализации из раствора органических веществ, извлеченных из торфов и бурых углей обработкой щелочью. Фульвокислоты представляют соединения типа оксикарбоновых кислот с меньшим относительным содержанием углерода и более выраженными кислотными свойствами

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США